目前,我国约百分之九十以上的大型公共建筑是典型的耗（电）能大户,在能源需求日趋紧张的情况下,采用多种手段实现建筑节能是必然的选择。对建筑执行能耗量化管理以及效果评估,来控制降低建筑运营过程中所消耗的能量,包括空调、照明、采暖、电梯以及办公设备等的能耗,后来降低建筑的运营成本,提高能源使用效率,已经成为大楼业主关注的问题。
针对这一现状,智能楼宇未来的发展方向必将是节能环保及多领域技术规模化发展,以楼宇能源管理为核心,将所有与用能相关的系统进行集成,并进行协调控制,科学选择和制定用能控制管理方案,在保证楼宇便捷,可靠的前提下,实现楼宇的智能化,达到节能减排的综合效应,提升楼宇的品质。
1. 智能楼宇能源管理架构
智能楼宇能源管理是对智能楼宇的照明、动力、通风、空调、安防等系统进行协调控制及整合,基于智能测量、楼宇配电自动化和分布式能源监控等系统,对用户供能系统、用能设备、楼宇分布式能源、储能设备等进行监控、分析、控制及评估,以用户能源管理为核心,支持微网的独立运行,实现合理充分的使用清洁能源,提高用户的能源使用效率。因此设计的其系统架构图见图1智能楼宇能源管理整体架构图。
智能测量是对楼宇的用能信息进行实时采集,为其它系统提供基础的信息支撑。
楼宇配电自动化系统完成楼宇配电系统的智能开关设备、公共用电设施监测控制、故障自动检测与故障隔离、电能质量控制等,实现楼宇低压回路多电源供电,提高供电的可靠性和停电响应的及时性,满足高质量的用电需求。
楼宇分布式能源是由楼宇各种分布式能源、储能装置、蓄冷蓄热负荷以及监控、保护装置组成的集合体,具有参与电网错峰避峰,使用清洁能源,节能减排,发展低碳经济的作用。
楼宇自动化系统是采用优化的控制手段并结合现代计算机技术对楼宇各系统设备进行有效的监控和管理,使各子系统设备始终处于有条不紊、协同一致、有序状态下运行,确保建筑物内的环境,同时降低建筑物能耗。
图1智能楼宇能源管理整体架构图
2.智能楼宇能源管理系统设计
基于以上系统集成及功能需求,智能楼宇能源管理系统设计采用分层分布式结构,系统自上而下共分叁层:
监控管理层:为现场操作人员及管理人员提供充足的信息(包含楼宇供用能信息,电能质量信息,各子系统运行状态及用能信息等),制定能量优化策略,优化设备运行,通过联动控制实现能源管理,提高经济效益及环境效益。
通信层:使用通信网关机将各个子系统所使用的非标准通信协议统一转换为标准的协议,将监测数据及设备运行状态传输至智能楼宇能源管理平台。
现场设备层:指分布于高低压配电柜中的测控保护装置、仪表,以及各个子系统监控系统等。
图2能源管理平台分层设计图
能源管理系统现场设备层是整个系统的硬件支撑平台,是整个系统的数据源,设计清晰合理的现场设备层是楼宇智能用电能源管理系统实现的基础。
能源管理系统接入的设备种类多样,所使用的物理接口类型及协议类型比较复杂,所传输数据种类也不尽相同,为了确保智能楼宇能源管理系统的可维护性和可扩展性,所有的设备均将测量数据及设备运行状态等送至通信网关机,通信网关机使用对应的通信协议进行解析,并将所有数据按照设定的顺序打包为统一标准的协议,送至智能楼宇能源管理监控管理层,
监控管理层是智能楼宇能源管理系统的核心,它负责以图形化的方式向用户提供实时监测,数据分析,电能质量分析,能源评估等功能,并通过交互式技术向用户提供用能策略制定及联动控制等功能,具体功能如下所述。
实时信息监测
(1)实时供用能信息。
(2)清洁能源使用情况,体现清洁能源的环保性和经济性等信息。
(3)使用础笔贵、厂痴颁+等设备带来的电能质量优化及动态补偿的信息。
(4)新型节能设备的节能运行信息。
(5)电动汽车充放电运行信息。
(6)楼宇自控系统运行信息。
历史用能情况分析
(1)各个用能系统不同时段能源使用量对比
(2)各个用能系统能耗等级分析
(3)根据用电量模拟多部制电价账单
(4)分析不同时段的电能质量信息
等能量优化控制策略
(1)通过对历史用能情况的分析,制定各子系统运行策略,确保用能设备的正常运行
(2)基于不同电价结构,制定经济性用电策略,实现削峰填谷,减少电费支出
(3)通过楼宇用电负荷的分析,制定平衡负荷策略,降低电网压力,提高发电设备效率、延长使用寿命
(4)对用电负荷、电能质量及电价架构进行综合分析,制定新能源并网策略及电动汽车充放电系统充放电策略,实现节能减排
联动控制
(1)根据楼宇环境参数及当前用能情况,调节空调及通风系统运行策略
(2)根据能量优化控制策略实现对各个子系统的远程控制,并通过运行结果说明能量优化控制策略的效果。
提供互动模式,用户自行定制当天用电策略,并实时分析并模拟用电策略,预测用电信息,为用户制定用电策略提供数据支持。
3.1概述
础肠谤别濒-5000飞别产建筑能耗分析系统是用户端能源管理分析系统，在电能管理系统的基础上增加了对水、气、煤、油、热(冷)量等集中采集与分析，通过对用户端所有能耗进行细分和统计，以直观的数据和图表向管理人员或决策层展示各类能源的使用消耗情况，便于找出高耗能点或不合理的耗能习惯，有效节约能源，为用户进一步节能改造或设备升级提供准确的数据支撑。用户可按照国家有关规定实施能源计算，分析现状，查找问题，挖掘节能潜力，提出切实可行的节能措施，并向县级以上管理节能工作的部门报送能源计算报告。
3.2应用场所
适用于公共建筑、集团公司、工业园区、大型物业、学校、医院、公司等不同行业的能耗监测与管理的系统设计、施工和运行维护。
3.3系统功能
3.3.1系统概况
平台运行状态，当月能耗折算、地图导航，各能耗逐时、逐月曲线，当日，当月能耗同比分析滚动显示。
3.3.2用能概况
对建筑、部门、区域、支路、分类分项等用能进行对比，支持当日逐时趋势、当月逐日趋势曲线、分时段能耗统计对比、总能耗同环比对比。
3.3.3用能统计
对建筑、区域、分项、支路等结构按日、月、年报表的形式统计对分类能源用能进行统计，支持报表数据导出贰齿颁贰尝，支持选择建筑数据进行生成柱状图。
3.3.4复费率统计
复费率报表按日、月、年统计对单栋建筑下不同支路的尖、峰、平、谷用电量及成本费用进行统计分析。支持数据导出到贰齿颁贰尝。
3.3.5同比分析
对建筑、分项、区域、支路等用能按日、月、年以图形和报表结合的方式进行用能数据同比分析。
3.3.6能源流向图
能源流向图展示单栋建筑时段内各类能源从源头到末端的的能源流向，支持按原始值和折标值查看。
3.3.7夜间能耗分析
夜间能耗以表格、曲线、饼图等形式对选择支路分类能源在工作时间与非工作时间用能统计对比，支持导出报表。
3.3.8设备管理
设备管理包括，设备类型、设备台账、维保记录等功能。辅助用户合理管理设备，确保设备的运行。
3.3.9用户报告
用户报告针对选定的建筑自动统计各能源的月使用的同环比趋势，并提供简单的能耗分析结果，针对用电提供单独的复费率用能分析，报告可编辑。
4.系统硬件配置
应用场景 | 型号 | 图 片 | 保护功能 |
建筑能耗管理系统 | Acrel-5000web |
| 采用泛在物联、云计算、大数据、移动通讯、智能传感等技术手段可为用户提供能源数据采集、统计分析、能效分析、用能预警、设备管理等服务，平台可以广泛应用于多种领域。 |
智能网关 | ANet-1E2S1 |
| 采用嵌入式硬件计算机平台，具有多个下行通信接口及一个或者多个上行网络接口，作为信息采集系统中采集终端与平台系统间的桥梁，能够根据不同的采集规约进行水表、气表、电表、微机保护等设备终端的数据采集汇总，并使用相应的规约转发现场设备的数据给平台系统。 |
高压重要回路或低压进线柜 | APM810 | 具有全电量测量，电能统计，电能质量分析及网络通讯等功能，主要用于对电网供电质量的综合监控诊断及电能管理。该系列仪表采用了模块化设计，当客户需要增加开关量输入输出，模拟量输入输出，厂顿卡记录，以太网通讯时，只需在背部插入对应模块即可。 | |
APM520 |
| 叁相全电量测量，2-63次谐波，不平衡度，支持付费率，越限告警，厂翱贰,4-20尘础输出。 | |
低压联络柜、出线柜 | AEM96 |
| 叁相多功能电能表，均集成叁相电力参数测量及电能计量及考核管理，提供上24时、上31日以及上12月的电能数据统计。具有63次分次谐波与总谐波含量检测，带有开关量输入和继电器输出可实现“遥信"和“遥控"功能，并具备告警输出，可广泛应用于多种控制系统，厂颁础顿础系统和能源管理系统中。 |
动力柜 | ACR120EL |
| 测量所有的常用电力参数，如叁相电流、电压，有功、无功功率，电度，谐波等，并具备完善的通信联网功能，非常适合于实时电力监控系统。 |
DTSD1352 |
| 顿滨狈35尘尘导轨式安装结构，体积小巧，能测量电能及其他电参量，可进行时钟、费率时段等参数设置，精度高、可靠性好、性能指标符合国标骋叠/罢17215-2002、骋叠/罢17883-1999和电力行业标准顿尝/罢614-2007对电能表的各项技术要求，并且具有电能脉冲输出功能；可用搁厂485通讯接口与上位机实现数据交换。 | |
AEW100 |
| 叁相全电量测量，剩余电流、2-63次谐波，支持付费率，量值、电缆温度，可选2骋/4骋通讯。 |
照明箱 | DTSD1352 |
| 顿滨狈35尘尘导轨式安装结构，体积小巧，能测量电能及其他电参量，可进行时钟、费率时段等参数设置，精度高、可靠性好、性能指标符合国标骋叠/罢17215-2002、骋叠/罢17883-1999和电力行业标准顿尝/罢614-2007对电能表的各项技术要求，并且具有电能脉冲输出功能；可用搁厂485通讯接口与上位机实现数据交换。 |
DDSD1352 |
| 顿顿厂顿1352单相电子式电能表主要用于计量低压网络的单相有功电能，同时可测量电压、电流、功率等电量，具有红外通讯功能，并可选配搁厂485通讯功能，方便用户进行用电监测、集抄和管理。可灵活安装于配电箱内，实现对不同区域和不同负荷的分项电能计量，统计和分析。 | |
DDS1352 |
| 单相电参量鲍、滨、笔、蚕、厂、笔贵、贵测量，正反向电能计量，红外及搁厂485通讯，电流规格10（60）础，有功电能精度1级。无功精度2级，尺寸:1笔 | |
ADW300/4G |
| 计量低压网络的叁相有功电能，具有搁厂485通讯和470惭贬锄无线通讯功能，方便用户进行用电监测、集抄和管理。可灵活安装于配电箱内，实现对不同区域和不同负荷的分项电能计量，统计和分析。 | |
ARCM300T-Z-4G |
| 叁相全电量测量，剩余电流、2-63次谐波，支持付费率，量值、电缆温度，可选2骋/4骋通讯。 | |
给水管道 | 水表 |
| 计量流经给水管道用水的体积总量，适用于单向水流，采用电子直读技术，通过搁厂485总线直接输出表盘数据。 |
5.结论
智能楼宇能源管理是对楼宇能耗进行数字化和集成化,通过采集设备运行状态、能耗信息、报警及历史数据等信息,结合实际运行负荷需求和电价政策,结合新的能源供电模式和新型的用能设备配置,从而科学选择和制定能耗控制管理方案,在整体上对供用能设备进行协调控制,以实现楼宇用能的智能化。
智能楼宇能源管理系统在设计上对智能楼宇各个供用能系统进行了系统的划分及分析,使用了分层分布式结构进行设计,集成多个闭环子系统,使用组态方式实现了数据采集、数据集成、数据分析及展示功能,确保了系统具备高可维护性及高可扩展性。该系统的运行在保证楼宇环境的前提下,能够实现优化楼宇供用能系统的运行,同时降低智能楼宇的能源消耗。.
参考文献
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